Aristotele ammette però, nel discorso scientifico, un particolare tipo di metafora, la metafora ‘per analogia’, o analogia di proporzione, in cui si esprime l’identità tra le relazioni e non tra le cose, e adopera di frequente questo procedimento nelle sue opere biologiche. Cosi, per esempio, le branchie, per i pesci, sono come i polmoni per i mammiferi

 branchie : pesci = polmoni : mammiferi

e anche

branchie : acqua = polmoni : aria.

L’espressione del concetto sotto la forma di una proporzione esprime bene l’identità di funzione tra organi respiratori cosi diversi dal punto di vista anatomo-comparativo. Metafora vuol dire ‘trasferimento’. In Grecia, sui camion per i traslochi c’è scritto Metaforai’. Il procedimento metaforico permette di esplorare un nuovo campo di conoscenza, usando come mappa un campo di conoscenza noto. E' evidentemente una sfida all’ignoto o, per dirla con meno enfasi, un’ipotesi di lavoro. La notissima metafora ‘per analogia’, riportata in tutti i manuali di chimica biologica, proposta nel 1894 dal grande biochimico tedesco Emil Fischer,

 substrato : enzima = chiave : serratura

ha tre pregi. Propone infatti il modello della complementarità stereochimica tra enzima e substrato, che spiega bene la specificita enzimatica; e contemporaneamente istituisce un programma di ricerca che solo di recente – con l’applicazione dei metodi cristallografici avanzati alla configurazione terziaria delle proteine – e giunto a confermare definitivamente l’ipotesi di partenza. Il terzo pregio della metafora di Fischer sta, infine, nella sua pertinenza e vivacità, come diceva Aristotele. L’immagine della chiave e della serratura è cosi familiare, cosi evidente che l’analogia è subito percepita e risulta quindi estremamente efficace dal punto di vista didattico.

Il linguaggio scientifico perfetto

Non sempre le metafore ‘per analogia’ sono cosi lucidamente logiche. Il discorso scientifico è a volte più complesso, ambiguo, allusivo, di quanto gli stessi scienziati pensino. Nel discorso scientifico, le metafore possono avere un ruolo «creativo» (Boyd 1983) per far intuire e immaginare cose non dette o, addirittura, non completamente comprese. Ma possono anche  portare fuori strada il destinatario, che le interpreta in modo non previsto dal proponente. Occorre però andare per ordine e considerare anzitutto l’idea di un discorso scientifico rigorosamente univoco e coerente. La progettazione di lingue artificiali «che dovevano servire a esprimere perfettamente le idee e a scoprire eventualmente nuove connessioni tra gli aspetti della realtà» (Eco 1996, p. 8) si è sviluppata soprattutto nel XVII e XVIII secolo. Tipico esempio ne è l’idea di Leibniz di un’ars combinatoria, in cui le essenze delle cose, definite da numeri, potessero essere combinate secondo tutte le relazioni possibili, anch’esse definite attraverso rapporti numerici, in modo che ogni ragionamento, che consiste appunto in una combinazione di concetti, si sarebbe trasformato in un calcolo (Mathieu 1991). Leibniz ha cosi tanta fiducia nel suo progetto da chiedere una rendita di 1200 scudi in quanto la sua «invenzione contiene l’impiego della ragione intera, un giudice per le controversie, un interprete delle nozioni, una bilancia per le probabilità, una bussola che ci guidera per l’oceano delle esperienze, un inventario delle cose, una tavola dei pensieri, un microscopio per scrutinare le cose presenti, un telescopio per indovinare le lontane, un calcolo generale, una magia innocente, una cabala non chimerica, una scrittura che ciascuno leggera nella propria lingua; e persino una lingua che si potra apprendere in poche settimane, e che avrebbe corso in tutto il mondo. E che condurrebbe la vera religione ovunque essa passasse» (Lettera di Leibniz del 1679, cit. in Eco 1996, pp. 5-6). Il progetto di Leibniz non ebbe successo, anche se poteva prefigurare in una certa misura alcuni aspetti dell’informatica e dell’uso dei calcolatori (Mathieu 1991), e tuttora il discorso scientifico si vale assai spesso di procedimenti del linguaggio naturale. Si è ben lontani dall’eradicazione della retorica dal linguaggio scientifico, non esiste un calcolatore che usi la realtà come input e produca da solo il suo output, in un linguaggio computazionale artificiale. Nei testi scientifici si possono trovare analogie, simboli, metafore che non sono ornamento del pensiero, ma una sua vera e propria condizione (Rhetorique [...] 1994). Lo stesso Aristotele, che combatte l’uso del linguaggio poetico, il ricorso al mito, l’uso di metafore nel discorso scientifico, di fatto entra in contraddizione con sè stesso. Per spiegare l’importanza fondamentale e la funzione del cuore come principio del calore animale utilizza, per esempio, una serie di metafore in espansione (Vegetti 1994). Il cuore è paragonato al focolare, intorno al quale si raccoglie la comunità familiare, pacifica e ben ordinata. L’armonia della casa si riflette in quella dell’organismo vivente. Ma il cuore è anche come l’acropoli di una città ben amministrata, e la città è di nuovo metafora del corpo vivente. L’hestia, il focolare, e la polis, la città, sono metafore che appaiono come ‘immagini di vasta portata’ (Gruber 1982), immagini complesse che svolgono un ruolo produttivo nel ragionamento scientifico.
Altre due forme di metafore, piu semplici, ma importanti per un discorso didattico.
La prima è la metafora che ha funzioni di catacresi, il cui uso permette di ovviare a una lacuna del vocabolario. Il linguaggio comune è pieno di queste metafore, basti pensare alla ‘gamba del tavolo’, al ‘letto del fiume’, al ‘fianco della montagna’. Per quasi tutte queste metafore il significato originale non viene neanche più in mente mentre si parla; esse non evocano più campi di associazioni mentali e vengono dette quindi metafore ‘morte’. Morte non sono però per chi sta apprendendo a usare una lingua, e cosi, bambini delle elementari disegnavano un albero, con tronco, rami, foglie e radici, all’interno del torace, dato che era usato incautamente l’espressione anatomica ‘albero respiratorio’.
Anche il linguaggio scientifico è pieno di queste metafore, che vengono prodotte soprattutto quando un campo disciplinare richiede un vocabolario proprio, non bastando quello del linguaggio comune. L’anatomia umana, per esempio, ne è piena, e si va da semplici affermazioni di somiglianza, come il chiamare ‘fibula’ un osso della gamba, fino a immaginose identificazioni: l’‘atlante’, la prima vertebra che regge il capo, cioe la parte più nobile del corpo, prende nome da Atlante, il titano che regge sulle sue spalle il mondo intero.
Una seconda categoria di metafore, che potrebbero essere designate come metafore esegetiche e pedagogiche’ (Boyd 1983), è importante perchè può fornire una prima immagine intuitiva di fenomeni o processi, che saranno poi descritti con linguaggio non metaforico. Basti pensare alla ‘catena’ dei trasportatori di elettroni nella membrana mitocondriale interna, che evoca l’immagine mentale di una catena umana che fa il passamano di secchi d’acqua, per spegnere un incendio, e che deve diventare poi la descrizione puntuale dei complessi plurimolecolari attraverso i quali gli elettroni scorrono, in una successione di piccole cadute di potenziale.

Le metafore costitutive di teorie

Nella costruzione delle idee scientifiche ha maggiore importanza una terza forma di metafora: quella cui si è accennato poco sopra, parlando delle immagini proposte da Aristotele per discutere sulle funzioni e sull’importanza del cuore. Si tratta delle metafore ‘costitutive di teorie’, riguardo alle quali, come afferma Richard Boyd, il lettore viene invitato a esplorare le somiglianze e le analogie fra caratteri degli argomenti primari e secondari, compresi caratteri non ancora scoperti o non ancora compresi compiutamente (Boyd 1983). Le metafore ‘costitutive di teorie’, oltre ad avere un ruolo genetico fondamentale nella formulazione di un nuovo programma di ricerca, invitano a ricercare nuovi caratteri degli argomenti primari e secondari, nuovi rapporti, teoricamente rilevanti, di somiglianza e di analogia. In biologia troviamo molti esempi di questa categoria di metafore, soprattutto nel primo costituirsi di un nuovo programma di ricerca. Howard Gruber che usa il termine di «immagini di vasta portata», mette in risalto il ruolo della metafora dell’albero nello sviluppo delle idee di Charles Darwin. Nelle opere di Darwin, l’immagine schematica dell’albero compare quattro volte, tre nei taccuini sull’evoluzione, e una ne L’origine delle specie, in cui, si noti, rappresenta l’unica illustrazione. I primi tre disegni si susseguono rapidamente, in poche pagine del Primo taccuino, e rappresentano graficamente diversi aspetti dell’idea che stava maturando. Il primo ha tre rami, corrispondenti ai tre ambienti, aereo, acqueo e terrestre, in un tentativo di correlazione tra tassonomia ed ecologia. Il secondo mostra rami punteggiati alla base, che rappresentano sequenze di forme estinte, e che improvvisamente sbocciano in una miriade di nuove gemme, cioè di nuove specie.
Nel terzo, Darwin introduce il concetto fondamentale, e tuttora assai discusso, di estinzione: alcuni rami appaiono troncati da un tratto trasversale, e l’appunto posto accanto alla figura aggiunge «...si richiede [sottolineato!] l’estinzione». Gruber commenta cosi queste immagini: «In breve, il modello ramificato, l’immagine dell’albero irregolarmente ramificato della natura, svolse un ruolo fondamentale fin dalle prime fasi del suo pensiero sull’evoluzione. Esso capta molti punti: la casualita della vita, l’irregolarità del panorama della natura, l’esplosività della crescita e la necessità di frenarla, in modo da mantenere costante il numero delle specie. E piu importante di tutto, la dualita fondamentale per cui a ogni istante alcuni devono vivere e altri morire» (Gruber 1982, p. 155).  Molti autori predarwiniani hanno tentato di descrivere con forme grafiche diverse la tassonomia delle specie, da Charles Bonnet a George-Louis Buffon, da Peter Simon Pallas a Jean Hermann, ma per essi il tempo, con le rivoluzioni e con le perturbazioni che lo segnano, «non viene concepito in quanto principio di sviluppo per gli esseri viventi nella loro organizzazione interna; non è percepito che a titolo di rivoluzione possibile nello spazio esterno in cui vivono» (Foucault 1985, p. 168). Le scale, i fasci e i fili che divergono e convergono, i poliedri descritti da questi autori sono stabili e compiuti, solo l’albero cresce nello spazio e nel tempo:
«Come i germogli crescendo danno origine a nuovi germogli, e questi, se vigorosi, si ramificano e superano da ogni parte un ramo più debole, cosi per generazione io credo sia avvenuto per il grande albero della vita, che riempie la crosta terrestre con i suoi rami morti e rotti e ne copre la superficie con le sue sempre rinnovantisi, meravigliose ramificazioni» (Darwin 1967, p. 196).

Le metafore esegetiche e pedagogiche

Sono forse quelle più interessanti nella pratica dell’insegnamento e che spesso prendono l’aspetto di modelli. Il discorso scientifico fa largo ricorso ai modelli. Modelli che sono una rappresentazione astratta della realtà, come le equazioni di Alfred James Lotka, Vito Volterra e Umberto D’Ancona che descrivono la dinamica delle interazioni tra popolazioni di prede e di predatori, o il modello dell’operon, proposto da Jacob e Jacques Monod nel 1961 per spiegare la regolazione dell’espressione genica; o modelli concreti che condividono alcune proprietà strutturali e funzionali con la realtà modellata, come nel caso del calcolatore come modello del cervello. Sfogliando qualcuno dei manuali di biologia che si usano comunemente nella pratica didattica, si trova continuamente l’uso di modelli e di espressioni metaforiche. Tanto per ricordarne qualcuno, termini come progetto, archivio di informazioni, codice, trascrizione, traduzione, riconoscimento, controllo, adoperati di continuo nel caso della biologia molecolare del gene; o ancora espressioni come ‘cellula madre’ e ‘cellule figlie’, o le ‘catene, reti e piramidi’, usate come modelli visivi in ecologia. Infine, tutto quell’armamentario da ferramenta di ogni genere, da ingranaggi e cremagliere a ruote di mulino, da pompe rotative e turbine a carrucole, pulegge e cinghie di trasmissione, da riduzioni per prese elettriche a incastri, chiavi e serrature che troviamo a illustrare i processi biochimici (Bertolini 1989). Tutti questi ultimi sono si modelli metaforici, ma sono anche e contemporaneamente modelli visivi, trasferiscono cioè su processi di per sè non visualizzabili, metafore pittoriche facilmente comprensibili. Rudolf Arnheim, trattando della necessità di sviluppare uno stretto rapporto tra educazione artistica ed educazione scientifica, scrive che «lo scienziato e il filosofo potranno esortare i propri allievi a guardarsi dalle pure parole, ed insistere su modelli appropriati e chiaramente organizzati. Ma non dovrebbero farlo senza l’aiuto dell’artista, che è l’esperto in grado di organizzare un pattern visivo. L’artista conosce la varietà di forme e di tecniche disponibili, e possiede i mezzi per sviluppare l’immaginazione. E' avvezzo a visualizzare la complessità e a concepire i fenomeni e i problemi in termini visuali» (Arnheim 1974, pp. 47-48). Anche nella scienza, accanto al pensiero linguistico esiste un pensiero visivo, in cui hanno un ruolo preminente le immagini mentali visive. «Ciò che caratterizza il ruolo peculiare delle immagini nei processi mentali e che esse permettono di vedere gli oggetti in loro assenza» o, come in alcuni dei casi citati, nonostante la loro invisibilità, «quando la realta non è presente, allora le immagini mentali diventano un buon sostituto di essa» (Ferretti 1998, p. 9). Per concludere, alcune riflessioni di Jaime G. Carbonell e Steven Minton (1991), che sostengono il ruolo di primo piano della metafora nel pensiero e nella comunicazione linguistica. Lo scopo della metafora è quello di trasmettere informazioni dal dominio di origine (noto) al dominio target (ignoto). Le metafore possono quindi fungere da modello per ragionare sul dominio target, anche se di esso abbiamo una conoscenza largamente incompleta. I due autori insistono sulla utilità didattica dell’uso di configurazioni metaforiche per facilitare l’insegnamento di concetti astratti, ma mettono anche in guardia l’insegnante perchè si accerti che la proiezione metaforica non provenga da domini estranei all’esperienza degli studenti.